เลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระ X-ray ของ SLAC Lab อัพเกรดสำเร็จแล้ว

July 27, 2020

ในเดือนเมษายน 2009 เลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระ X-ray (XFEL) แห่งแรกของโลกที่ผลิตแสงแรกที่ SLAC National Accelerator Laboratory ของกระทรวงพลังงานสหรัฐLinac Coherent Light Source (LCLS) สร้างพัลส์เอ็กซ์เรย์ที่สว่างกว่าแหล่งกำเนิดแสงก่อนหน้าถึงหนึ่งพันล้านเท่าตั้งแต่นั้นเป็นต้นมาประสิทธิภาพของมันได้นำมาซึ่งข้อมูลเชิงลึกใหม่ ๆ ในสาขาวิทยาศาสตร์มากมายตั้งแต่การสร้าง "ภาพยนตร์โมเลกุล" ทางเคมีไปจนถึงการศึกษาโครงสร้างและการเคลื่อนไหวของโปรตีนของยารุ่นใหม่และการจำลอง "ฝนเพชร" ในดาวเคราะห์ยักษ์ในระบบสุริยะของเรา ."

SLAC National Accelerator Laboratory เปิดตัวโครงการ LCLS-II ในปี 2013 เพื่อเพิ่มพลังของเลเซอร์เอ็กซเรย์หลายพันครั้งและสร้างหนึ่งล้านพัลส์ต่อวินาทีในปัจจุบันสามารถสร้างพัลส์ได้เพียง 120 ครั้งต่อวินาทีการอัปเกรดโครงการคาดว่าจะแล้วเสร็จภายในสองปี

หลักการทำงานของเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระแบบเอ็กซ์เรย์ยากแบ่งออกเป็นสองขั้นตอนประการแรกมันเร่งลำแสงอิเล็กตรอนที่ทรงพลังจนเกือบเท่าความเร็วแสงจากนั้นลำแสงจะถูกส่งผ่านชุดของแม่เหล็กที่ปรับแต่งอย่างแม่นยำในอุปกรณ์ที่เรียกว่า waver ซึ่งจะแปลงพลังงานอิเล็กตรอนเป็นคลื่นรังสีเอกซ์ที่รุนแรง

พัลส์เหล่านี้มีความยาวเพียงหนึ่งล้านของวินาทีเพื่อให้สามารถจับการเกิดพันธะเคมีและสร้างภาพที่มีความละเอียดระดับอะตอมโครงการ LCLS-II มีแผนจะติดตั้งเครื่องเร่งความเร็วรุ่นใหม่สำหรับห้องปฏิบัติการที่สามารถใช้เทคโนโลยีตัวนำยวดยิ่งในการแช่แข็งเพื่อให้ได้อัตราการเกิดซ้ำที่ไม่เคยมีมาก่อนและติดตั้งเครื่องกระตุ้นใหม่ที่สามารถควบคุมลำแสงเอ็กซ์เรย์ได้อย่างแม่นยำ

ในปีที่ผ่านมาครึ่งหนึ่งเครื่อง pulsator LCLS ดั้งเดิมในห้องปฏิบัติการถูกแทนที่ด้วยระบบใหม่สองระบบพร้อมฟังก์ชั่นใหม่ล่าสุดอุปกรณ์คลื่นแต่ละตัวมีแม่เหล็กหลายพันชนิดที่ขยายได้มากกว่า 100 เมตรสนามแม่เหล็กที่พวกมันสร้างขึ้นด้วยกันนั้นแข็งแกร่งกว่าสนามแม่เหล็กโลกหลายหมื่นเท่าและแรงที่สร้างขึ้นนั้นเทียบเท่ากับน้ำหนักไม่กี่ตันในเวลาเดียวกันโครงสร้างของแม่เหล็กจะไม่บิดมากกว่าหนึ่งร้อยของความกว้างของ aผมมนุษย์.

อุปกรณ์คลื่นลูกใหม่ได้รับการออกแบบโดย Argonne National Laboratory ในสหรัฐอเมริกาและสร้างโดย Lawrence Berkeley National Laboratory และติดตั้งที่ SLAC National Accelerator Laboratory ในปีที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์ที่ห้องปฏิบัติการ SLAC Accelerator สามารถแนะนำลำแสงอิเล็กตรอนของเครื่องเร่ง LCLS ที่มีอยู่ผ่านทางเรย์แม่เหล็กในตัวกำเนิด "ฮาร์ดเอ็กซ์เรย์" ใหม่ในเวลาเพียงไม่กี่ชั่วโมงพวกเขาสร้างสัญญาณเอ็กซ์เรย์แรกจากนั้นปรับการกำหนดค่าอย่างแม่นยำเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเลเซอร์เอ็กซ์เรย์สูงสุด

Henrik von der Lippe ผู้อำนวยการฝ่ายวิศวกรรมของ Berkeley Laboratories กล่าวว่า: "การสร้างแสงแรกเป็นเหตุการณ์สำคัญที่รอคอยมานานสิ่งอำนวยความสะดวกทางวิทยาศาสตร์นี้จะเปิดใช้งานการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ใหม่"